कृत्रिम बुद्धिमत्ता का उपयोग करके 'नियंडरथल एंटीबायोटिक्स' को वापस लाना

Công Luận•16/12/2023

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एंटीबायोटिक-प्रतिरोधी बैक्टीरिया का खतरा

विश्व स्वास्थ्य संगठन (डब्ल्यूएचओ) के अनुसार, एंटीबायोटिक-प्रतिरोधी बैक्टीरिया से संबंधित कारणों से दुनिया भर में सालाना लगभग 5 मिलियन मौतें हो रही हैं, ऐसे में इस स्थिति से निपटने के लिए संभावित दवाओं की खोज करना अत्यंत आवश्यक है।

हाल ही में, जैव प्रौद्योगिकी के अग्रणी सेसार डे ला फुएंते के नेतृत्व में एक शोध दल ने कृत्रिम बुद्धिमत्ता (एआई) आधारित कम्प्यूटेशनल विधियों का उपयोग करते हुए निएंडरथल जैसे विलुप्त मानव रिश्तेदारों के आनुवंशिक लक्षणों का फायदा उठाया है, जिसका उद्देश्य 40,000 साल पहले के उनके एंटीबायोटिक गुणों को वापस लाना है।

एंटीबायोटिक प्रतिरोध, मनुष्यों और विलुप्त निएंडरथल के समान विचार (चित्र 1)। — विलुप्त हो चुकी निएंडरथल मानव प्रजाति का मॉडल। फोटो: गेटी

अपने शोध के माध्यम से, वैज्ञानिकों ने कुछ छोटे प्रोटीन या पेप्टाइड अणुओं की खोज की है जिनमें बैक्टीरिया से लड़ने की क्षमता होती है, जो मानव संक्रमणों से लड़ने के लिए नई दवाओं का मार्ग प्रशस्त कर सकता है।

एंटीबायोटिक्स (जैसे पेनिसिलिन) प्राकृतिक रूप से उत्पन्न होते हैं (एक सूक्ष्मजीव द्वारा दूसरे सूक्ष्मजीव से लड़ने से), जबकि गैर-एंटीबायोटिक रोगाणुरोधी (जैसे सल्फोनामाइड्स और एंटीसेप्टिक्स) पूरी तरह से कृत्रिम होते हैं।
हालांकि, दोनों प्रकार के उपचारों का एक ही लक्ष्य होता है - सूक्ष्मजीवों को मारना या उनकी वृद्धि को रोकना, और दोनों ही रोगाणुरोधी कीमोथेरेपी की श्रेणी में आते हैं। रोगाणुरोधी एजेंटों में एंटीसेप्टिक, रोगाणुरोधी साबुन और रासायनिक डिटर्जेंट शामिल हैं; जबकि एंटीबायोटिक्स एक अधिक विशिष्ट प्रकार के रोगाणुरोधी एजेंट हैं जिनका उपयोग चिकित्सा में और कभी-कभी पशु आहार में भी किया जाता है।
एंटीबायोटिक्स उन वायरस के खिलाफ अप्रभावी होते हैं जो सामान्य सर्दी या फ्लू जैसी बीमारियों का कारण बनते हैं; वायरस को रोकने वाली दवाओं को एंटीवायरल या एंटीवायरल दवाएं कहा जाता है, न कि एंटीबायोटिक्स।

"इससे हमें नए अनुक्रमों, नए प्रकार के अणुओं की खोज करने में मदद मिलती है जो पहले कभी जीवित जीवों में नहीं पाए गए थे, जिससे आणविक विविधता के बारे में सोचने के लिए व्यापक संभावनाएं खुलती हैं," शोध दल का नेतृत्व करने वाले पेनसिल्वेनिया विश्वविद्यालय (अमेरिका) के डॉ. सीज़र डे ला फुएंते ने कहा। "वर्तमान बैक्टीरिया इन नए अणुओं के संपर्क में कभी नहीं आए हैं, इसलिए यह आज के कठिन-से-इलाज वाले रोगजनकों से निपटने का एक अच्छा अवसर हो सकता है।"

विशेषज्ञों का मानना है कि एंटीबायोटिक-प्रतिरोधी बैक्टीरिया पर नए निष्कर्ष अत्यंत आवश्यक हैं। कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय (अमेरिका) में आणविक, कोशिका और विकासात्मक जीव विज्ञान के प्रोफेसर माइकल महान ने कहा, "दुनिया एंटीबायोटिक प्रतिरोध संकट का सामना कर रही है... अगर भविष्य के संभावित समाधान खोजने के लिए हमें अतीत में झांकने की जरूरत है, तो मैं इसका पूरी तरह से समर्थन करता हूं।"

"जुरासिक पार्क" से लिए गए विचार

अधिकांश एंटीबायोटिक्स सूक्ष्मजीवों और कवकों से प्राप्त होते हैं, जिनकी खोज मिट्टी में रहने वाले सूक्ष्मजीवों की जांच करके की गई थी। लेकिन हाल के दशकों में, एंटीबायोटिक्स के अत्यधिक उपयोग के कारण रोगजनकों ने इनके प्रति प्रतिरोधक क्षमता विकसित कर ली है।

पिछले एक दशक में, डे ला फुएंते ने एंटीबायोटिक्स के विकल्प के रूप में विभिन्न पेप्टाइड्स की क्षमता का आकलन करने के लिए कम्प्यूटेशनल विधियों का उपयोग किया है। एक दिन प्रयोगशाला में, अचानक उन्हें ब्लॉकबस्टर फिल्म "जुरासिक पार्क" याद आ गई, जिससे टीम को विलुप्त अणुओं का अध्ययन करने का विचार आया। उन्होंने कहा, "क्यों न अतीत के अणुओं को वापस लाया जाए?"

पहले से अज्ञात पेप्टाइड्स की खोज के लिए, शोध दल ने एक एआई एल्गोरिदम को प्रशिक्षित किया जो मानव प्रोटीन में उन खंडित स्थलों की पहचान करने में सक्षम है जिनमें रोगाणुरोधी गतिविधि हो सकती है। वैज्ञानिकों ने फिर इसे आधुनिक मनुष्यों (होमो सेपियन्स), निएंडरथल (होमो निएंडरथलेंसिस) और डेनिसोवन (एक अन्य प्राचीन मानव प्रजाति जो निएंडरथल से निकटता से संबंधित है) के सार्वजनिक रूप से उपलब्ध प्रोटीन अनुक्रमों पर लागू किया।

शोध दल ने पहले से अध्ययन किए गए रोगाणुरोधी पेप्टाइडों के गुणों का उपयोग करके यह अनुमान लगाया कि कौन सा प्राचीन पेप्टाइड बैक्टीरिया को मारने में सबसे अधिक सक्षम है।

इसके बाद, टीम ने 69 सबसे आशाजनक पेप्टाइडों को संश्लेषित किया और यह देखने के लिए उनका परीक्षण किया कि क्या वे बैक्टीरिया को मार सकते हैं। शोध दल ने सबसे शक्तिशाली छह पेप्टाइडों का चयन किया, जिनमें से चार आधुनिक मनुष्यों से, एक निएंडरथल से और एक डेनिसोवन से प्राप्त किए गए थे।

टीम ने उन्हें एसीनेटोबैक्टर बाउमानी से संक्रमित चूहों के संपर्क में लाया, जो मनुष्यों में अस्पताल-जनित संक्रमणों का एक सामान्य कारण है। (अस्पताल-जनित संक्रमण वह संक्रमण है जो किसी व्यक्ति को अस्पताल में भर्ती होने के दौरान होता है, जो उसे भर्ती होने के समय नहीं था।)

एंटीबायोटिक प्रतिरोध, मनुष्यों और विलुप्त निएंडरथल के समान विचार (चित्र 2)। — पेंसिल्वेनिया विश्वविद्यालय के जैव प्रौद्योगिकी के अग्रणी शोधकर्ता सेसार डे ला फुएंते ने कहा कि एल्गोरिदम द्वारा चयनित छह पेप्टाइडों में से, निएंडरथल से प्राप्त एक पेप्टाइड बैक्टीरिया से संक्रमित चूहों में रोगजनकों से लड़ने में सबसे प्रभावी था। (चित्र: पेंसिल्वेनिया विश्वविद्यालय)

“मुझे लगता है कि सबसे रोमांचक क्षणों में से एक वह था जब हमने प्रयोगशाला में रासायनिक रूप से अणुओं को पुनः प्राप्त किया और फिर पहली बार उन्हें पुनर्जीवित किया। वैज्ञानिक दृष्टिकोण से उस क्षण को देखना अद्भुत था,” डे ला फुएंते ने साझा किया।

प्रायोगिक परिणामों से पता चला कि त्वचा में फोड़े विकसित करने वाले संक्रमित चूहों में, पेप्टाइड्स ने बैक्टीरिया को सक्रिय रूप से नष्ट कर दिया; जांघों में संक्रमण वाले चूहों में, पेप्टाइड्स कम प्रभावी थे लेकिन फिर भी बैक्टीरिया के विकास को रोकने में सफल रहे।

"सबसे अच्छा पेप्टाइड वह है जिसे हम निएंडरथलियन 1 कहते हैं, जो निएंडरथल से प्राप्त किया गया है, और चूहों पर परीक्षण करने पर यह सबसे प्रभावी साबित हुआ है," डी ला फुएंते ने कहा।

और अधिक शोध की आवश्यकता है।

हालांकि, डे ला फुएंते ने इस बात पर ज़ोर दिया कि इनमें से कोई भी पेप्टाइड "एंटीबायोटिक्स के रूप में उपयोग के लिए तैयार" नहीं है और इसके लिए महत्वपूर्ण समायोजन की आवश्यकता होगी। अगले वर्ष प्रकाशित होने वाले शोध में, उन्होंने और उनके सहयोगियों ने विस्तृत आनुवंशिक जानकारी वाले 208 विलुप्त जीवों के प्रोटीन अनुक्रमों का अध्ययन करने के लिए एक नया डीप लर्निंग मॉडल विकसित किया है।

शोध दल ने 11,000 से अधिक संभावित रोगाणुरोधी पेप्टाइड खोजे हैं, जो पहले कभी नहीं खोजे गए थे और केवल विलुप्त जीवों में पाए जाते थे। उन्होंने साइबेरिया के ऊनी मैमथ, स्टेलर की समुद्री गाय (एक समुद्री स्तनपायी जो आर्कटिक में शिकार के कारण 18वीं शताब्दी में विलुप्त हो गया), विशाल स्लॉथ और विशाल आयरिश एल्क (मेगालोसेरोस गिगेंटियस) से सबसे आशाजनक पेप्टाइड का संश्लेषण किया। उन्होंने कहा कि नव खोजे गए पेप्टाइड में चूहों में "उत्कृष्ट संक्रमणरोधी गतिविधि" पाई गई है।

ब्रिटेन के जॉन इननेस सेंटर के प्रमुख शोधकर्ता डॉ. दिमित्री घिलारोव ने कहा कि नए एंटीबायोटिक्स खोजने में सबसे बड़ी बाधा यह है कि वे अस्थिर होते हैं और उनका संश्लेषण करना मुश्किल होता है। घिलारोव ने कहा, "कई पेप्टाइड एंटीबायोटिक्स ऐसे हैं जिन्हें विषाक्तता जैसी कठिनाइयों के कारण उद्योग द्वारा विकसित और आगे नहीं बढ़ाया जा रहा है।"

मई 2021 में प्रकाशित एक लेख के अनुसार, शोधकर्ताओं द्वारा पहचाने गए 10,000 आशाजनक यौगिकों में से केवल एक या दो एंटीबायोटिक दवाओं को ही अमेरिकी खाद्य एवं औषधि प्रशासन से मंजूरी मिली।

जॉर्ज मेसन यूनिवर्सिटी स्कूल ऑफ सिस्टम्स बायोलॉजी (यूएसए) में प्रोफेसर और अनुसंधान की एसोसिएट डायरेक्टर डॉ. मोनिका वैन होएक ने कहा कि किसी प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले पेप्टाइड का सीधे तौर पर किसी नई दवा या एंटीबायोटिक के निर्माण में योगदान देना बहुत ही दुर्लभ है।

वैन होएक के अनुसार, एक नए पेप्टाइड की खोज शोधकर्ताओं को एक नए एंटीबायोटिक के रूप में इसकी क्षमता का पता लगाने और उसे अनुकूलित करने के लिए कम्प्यूटेशनल तकनीकों का उपयोग करने के लिए एक आधार प्रदान करेगी।

वर्तमान में, डॉ. वैन होएक अपना शोध अमेरिकी मगरमच्छों में प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले पेप्टाइड से प्राप्त एक कृत्रिम पेप्टाइड पर केंद्रित कर रही हैं। यह पेप्टाइड फिलहाल पूर्व-नैदानिक परीक्षण से गुजर रहा है।

सुश्री वैन होएक ने कहा कि विलुप्त मगरमच्छों या मनुष्यों से एंटीबायोटिक दवाओं के नए स्रोत खोजना भले ही अजीब लगे, लेकिन एंटीबायोटिक-प्रतिरोधी बैक्टीरिया की गंभीरता इन अध्ययनों को सार्थक बनाती है।

होई फुओंग (सीएनएन के अनुसार)

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स्रोत